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        白浪河大橋鋼桁架結(jié)構(gòu)可行性分析研究

        2015-03-18 05:21:28馬建寧孫旭平袁銀書
        關(guān)鍵詞:活載主橋摩天輪

        馬建寧,余 沛,孫旭平,袁銀書

        (1.濰坊濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)交通運(yùn)輸局,山東濰坊262737;2.中建六局土木工程有限公司,天津300345;3.商丘工學(xué)院 土木工程學(xué)院,河南 商丘476000)

        隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越受到重視,特別是橋梁的建設(shè),逐漸成為一個地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的見證,成為地方的代表性建筑[1]。2009年建設(shè)的“天津之眼”慈海橋把橋和摩天輪結(jié)合起來,是新型鋼桁架與摩天輪復(fù)合結(jié)構(gòu)體系橋梁的代表[2]。王小盾等[3]對新型斜拉橋和摩天輪組合結(jié)構(gòu)動力性能分析進(jìn)行研究,建立了新型橋梁與摩天輪組合的模型;陳偕民等[4]通過考慮非線性效應(yīng),對橋梁靜力與自振特性進(jìn)行了分析研究。這些研究都為建設(shè)新型橋梁提供了一些有益的參考,但對無軸式摩天輪與橋梁的研究很少,濰坊白浪河大橋作為世界上第一個最大的無軸式編制網(wǎng)格摩天輪與橋梁的組合,是橋梁建設(shè)的又一進(jìn)步,所以對橋梁鋼桁架的安全與穩(wěn)定性分析非常重要。

        1 工程概況

        白浪河大橋跨徑布置為(5×35)+(45+50+50+45)+(5×35),總長540 m。其中主橋為45 m+50 m+50 m+45 m的雙層鋼桁架橋,全長190 m,主橋上部結(jié)構(gòu)連續(xù)鋼桁架結(jié)構(gòu),位于摩天輪中心處,橋梁總寬47.7 m,5-9#墩為主橋。

        桁架橋由上下兩層組成,上層為機(jī)動車道,橋面為混凝土橋面;下層為非機(jī)動車和人群以及摩天輪活動區(qū),采用4片主桁,各片主桁尺寸完全一致,主桁中心距為10.6 m+10.9 m+10.6 m,下層橋面為鋼橋面;主桁之間通過上、下的縱橫梁連接,上縱梁和上橫梁上設(shè)置混凝土疊合層傳遞汽車活載,主桁采用不帶豎桿的三角形腹桿體系,底面水平,頂面隨縱坡變化,主桁上下弦桿中心高差4.484 ~5.38 m,鋼桁架梁全高5.379 ~6.28 m。

        2 模型建立及荷載取值

        2.1 平面、立面及斷面模型

        采用Midas2013按照圖紙尺寸建立模型,見圖1。

        2.2 各作用的取值

        結(jié)構(gòu)自重:二期恒載,18 cm鋪裝,防撞護(hù)欄,人行道欄桿等;活載等級,城市-A級,雙向6車道,縱橫向折減系數(shù)按規(guī)范取值;人群荷載,3.0 kN/m2;體系溫差,按升降溫30℃考慮;梯度溫差,橋面板上下緣溫差按新規(guī)范考慮;不均勻沉降,10 mm;風(fēng)荷載,考慮橫橋向風(fēng)荷載,基準(zhǔn)風(fēng)壓W0=0.45 kN/m2,按 A 類地表粗造度,K0=1,K1=1.11,K2=1.19,K3=1,K5=1.38,風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值Wh=1.35 kN/m2;收縮許變,橋面板收縮許變按3 650天考慮。

        3 分析結(jié)果

        3.1 反力計算及結(jié)構(gòu)變形分析

        根據(jù)取值結(jié)果,利用Midas2013軟件對鋼桁架橋梁進(jìn)行分析,反力計算結(jié)果如表1所示,結(jié)構(gòu)變形驗算,如圖2所示。全橋鋼結(jié)構(gòu)用量5 344 t,5#與9#橋墩沉降一致,6#與8#橋墩沉降一致,主橋中間7#橋墩沉降最大;6#與8#橋墩由于是摩天輪的主要承載結(jié)構(gòu),恒載較其他橋墩大,活載次之;鋼桁架橋梁的恒載撓度最大值為28 mm,活載最大撓度31 mm,符合規(guī)范及安全性要求。

        表1 反力計算結(jié)果總表Tab.1 The calculation results of counterforce

        3.2 靜力計算分析

        通過對鋼桁架主橋各項荷載組合,荷載分項系數(shù)1.0,全橋最大包絡(luò)組合應(yīng)力為上橫梁171 Mpa,最小包絡(luò)組合應(yīng)力為下橫梁78 Mpa,見圖3。

        3.3 主橋穩(wěn)定驗算分析

        通過將自重和荷載質(zhì)量轉(zhuǎn)化到x、y、z三向,共計算20種模態(tài),第一階段為橫向振動,橫向自振頻率為2.6 Hz,豎向振動出現(xiàn)在第6模態(tài),豎向自振頻率為4.2 Hz,模型圖如圖3所示。穩(wěn)定系數(shù)定義為N(恒載+活載+風(fēng)荷載)=結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限狀態(tài),通過計算20種模態(tài),計算出的穩(wěn)定系數(shù)N=30,故結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定安全。

        4 結(jié)論

        通過建模分析,濰坊白浪河大橋主橋鋼桁架橋具有可實(shí)施性,按照擬定尺寸,計算其穩(wěn)定系數(shù)為30,結(jié)構(gòu)能夠滿足規(guī)范的各項變形、應(yīng)力、穩(wěn)定性等要求,結(jié)構(gòu)具有較高的安全可靠性。

        [1]項海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [2]馮偉,宋平安.慈海橋的新型鋼桁架橋和摩天輪復(fù)合結(jié)構(gòu)體系[J].土工基礎(chǔ),2008(1):80-82.

        [3]王小盾,石永久,王元清.新型斜拉橋和摩天輪組合結(jié)構(gòu)動力性能分析[J].工程抗震與加固改造,2006(1):25-30.

        [4]陳偕民,劉 青.考慮非線性效應(yīng)的斜拉橋靜力分析和自振特性分析[J].工程力學(xué),1996(增刊):276-280.

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